Die Meerwasserentsalzung

Die Meerwasserentsalzung

Durch den Prozess der Entsalzung kann aus Meerwasser Trinkwasser gewonnen werden.

Technik

Schlagwörter

Meerwasser, Entsalzung, Entsalzungswerk, Wasser, umgekehrte Osmose, Verdampfer, Destillationsanlage, Destillation, Ionenaustausch, Elektrodialyse, halbdurchlässige Membran, Trinkwassermangel, Salz, Trinkwasser, Natriumchlorid, Elektrode, Umweltschaden, Seeufer, Technik, Erdkunde

Verwandte Extras

3D-Modelle

Entsalzungswerk

  • Meerwasser
  • Verdampfer
  • entsalztes Wasser
  • konzentrierte Salzlösung

Verdampfer

  • Destillationsanlage - Bei der Entsalzung verdunstet das Meerwasser in Verdampfern und das Salz löst sich heraus. Der Dampf kondensiert, sodass wir reines Wasser gewinnen.

Destillationsanlage

Destillation

  • Thermokompressor - Er komprimiert den abgeleiteten Dampf und erhitzt ihn dadurch.
  • heißer Dampf - Aufgrund der Hitze der Leitung verdunstet das Meerwasser, das Salz löst sich heraus und der Dampf wird in den nächsten Behälter geleitet.
  • Meerwasser
  • konzentrierte Salzlösung
  • entsalztes Wasser - Bei der Entsalzung verdunstet das Meerwasser in Verdampfern und das Salz löst sich heraus. Der Dampf kondensiert, sodass wir reines Wasser gewinnen.

Ionenaustausch

  • elektrisch geladene Perlen - An die Oberfläche der negativ geladenen Perlen binden sich H⁺-Ionen, wohingegen sich an die Oberfläche der positiv geladenen Perlen OH⁻-Ionen binden. Die Meerwasserionen (unter anderem Na⁺ und Cl⁻-Ionen) binden sich an die Oberfläche der Perlen, während die Perlen die H⁺ und OH⁻-Ionen abgeben und diese zu Wassermolekülen werden.
  • Meerwasser
  • entsalztes Wasser

Elektrodialyse

  • Meerwasser
  • entsalztes Wasser
  • Behälter

Umgekehrte Osmose

  • Meerwasser
  • entsalztes Wasser
  • konzentrierte Salzlösung
  • halbdurchlässige Membran - Aufgewickelte Membran, die das Wasser durchlässt, aber die gelösten Ionen nicht. Im Normalfall würde das saubere Wasser aufgrund des Konzentrationsausgleichs durch die halbdurchlässige Membran ins Meerwasser strömen. Doch dieser Vorgang wird umgekehrt, wenn wir auf das Meerwasser Druck ausüben: Dann entweicht das Wasser durch die Membran und die konzentrierte Salzlösung bleibt zurück.

Animation

  • Thermokompressor - Er komprimiert den abgeleiteten Dampf und erhitzt ihn dadurch.
  • heißer Dampf - Aufgrund der Hitze der Leitung verdunstet das Meerwasser, das Salz löst sich heraus und der Dampf wird in den nächsten Behälter geleitet.
  • Meerwasser
  • konzentrierte Salzlösung
  • entsalztes Wasser - Bei der Entsalzung verdunstet das Meerwasser in Verdampfern und das Salz löst sich heraus. Der Dampf kondensiert, sodass wir reines Wasser gewinnen.
  • elektrisch geladene Perlen - An die Oberfläche der negativ geladenen Perlen binden sich H⁺-Ionen, wohingegen sich an die Oberfläche der positiv geladenen Perlen OH⁻-Ionen binden. Die Meerwasserionen (unter anderem Na⁺ und Cl⁻-Ionen) binden sich an die Oberfläche der Perlen, während die Perlen die H⁺ und OH⁻-Ionen abgeben und diese zu Wassermolekülen werden.
  • Meerwasser
  • entsalztes Wasser
  • elektrisch geladene Perlen - An die Oberfläche der negativ geladenen Perlen binden sich H⁺-Ionen, wohingegen sich an die Oberfläche der positiv geladenen Perlen OH⁻-Ionen binden. Die Meerwasserionen (unter anderem Na⁺ und Cl⁻-Ionen) binden sich an die Oberfläche der Perlen, während die Perlen die H⁺ und OH⁻-Ionen abgeben und diese zu Wassermolekülen werden.
  • Gegenionen
  • Elektrode - Sie ziehen Ionen mit entgegengesetzter Ladung an, sodass sie diese aus dem Wasser ziehen. Wenn die Pole umkehrt werden, lösen sich die Ionen und können so aus der Anlage entfernt werden. Anschließend kann die Wasserreinigung durch erneutes Umkehren der Pole fortgeführt werden.
  • Elektrode
  • Säuberung der Elektroden - Wenn die Pole umgekehrt werden, lösen sich die Ionen von den Elektroden. Anschließend kann die Entsalzung fortgeführt werden.
  • Entsalzung
  • Meerwasser
  • entsalztes Wasser
  • konzentrierte Salzlösung
  • halbdurchlässige Membran - Aufgewickelte Membran, die das Wasser durchlässt, aber die gelösten Ionen nicht. Im Normalfall würde das saubere Wasser aufgrund des Konzentrationsausgleichs durch die halbdurchlässige Membran ins Meerwasser strömen. Doch dieser Vorgang wird umgekehrt, wenn wir auf das Meerwasser Druck ausüben: Dann entweicht das Wasser durch die Membran und die konzentrierte Salzlösung bleibt zurück.
  • halbdurchlässige Membran - Aufgewickelte Membran, die das Wasser durchlässt, aber die gelösten Ionen nicht. Im Normalfall würde das saubere Wasser aufgrund des Konzentrationsausgleichs durch die halbdurchlässige Membran ins Meerwasser strömen. Doch dieser Vorgang wird umgekehrt, wenn wir auf das Meerwasser Druck ausüben: Dann entweicht das Wasser durch die Membran und die konzentrierte Salzlösung bleibt zurück.
  • Pore

Narration

Während wir es ohne Nahrung bis zu 30-40 Tage lang aushalten, können wir ohne Wasser nur 3-4 Tage lang überleben. Auf der Erde gibt es zahlreiche Regionen, in denen der trinkbare Süßwasservorrat schwer zugänglich ist und die Menschen alles dafür tun, um an Wasser zu gelangen.

Meerwasser ist in fast unbeschränkter Menge verfügbar, der Verzehr in großen Mengen ist jedoch gefährlich, weil der hohe Salzgehalt zu Austrocknung führen kann. Zur Entsalzung von Wasser in geringen Mengen genügt ein kleinerer Destillationsapparat, für größere Mengen wird jedoch großbetriebliche Technologie benötigt.

Entsalzungsanlagen werden in der Regel am Meeresufer installiert, wo das Salz aus dem Meerwasser durch mechanische Behandlung entfernt wird. Zur Entsalzung werden verschiedene Methoden verwendet. Die einfachste ist die Destillation, die auch in der Entsalzungsanlage in der Animation angewendet wird. Ziel dieses Prozesses ist, das Salz durch Erhitzen des Meerwassers zu entfernen.

Die Destillationseinheiten enthalten jeweils mehrere Verdampfer, von denen alle Heizrohre enthalten. Heißer Dampf wird in die Rohre geleitet, während das kalte Meerwasser von oben auf die Oberfläche der Rohre gesprüht wird. Das Meerwasser kühlt den einströmenden heißen Dampf ab, der im Inneren des Rohres zu Süßwasser kondensiert, welches unten herausfließt. Gleichzeitig gelangt der Dampf des erhitzten Meerwassers in das Heizrohr des nächsten Destillationselements.

Aus dem Heizrohr der Destillationselemente wird das entsalzene Wasser gesammelt, während aus dem unteren Ende der Destillationseinheit konzentriertes Salzwasser austritt. Der aus dem letzten Destillationselement ausströmende Dampf wird mithilfe eines Thermokompressors, der den Druck und die Temperatur des Dampfes erhöht, in das erste Element zurückgeführt.

Der Salzgehalt des Meerwassers wird mithilfe elektrisch geladener Perlen vom Wasserfilter mit Ionenaustauscher entfernt. Die Perlen werden in einen Behälter gefüllt, in dem sich ein Abflussrohr befindet. Meerwasser wird von oben in den Behälter eingeleitet und fließt durch die Poren der Perlen nach unten. Dabei binden die Perlen den Salzgehalt und das angesammelte Wasser strömt durch einen Filter in die Öffnung. Das entsalzene Wasser verlässt den Behälter schließlich durch das Abflussrohr.

Auf der Oberfläche der elektrisch geladenen Perlen befinden sich anfangs positiv und negativ geladene Gegenionen. Diese sind die Wasserstoff- und Hydroxidionen des Wassers. Im zwischen den Poren strömenden Meerwasser ist die Ionenstärke des positiv geladenen Natriums und des negativ geladenen Chlorids größer als die der Gegenionen. Als Ergebnis binden sich die Natrium- und Chloridionen an die Perlen und aus den sich ablösenden Gegenionen wird wieder Wasser. Die Perlen können nach einiger Zeit kein Salz mehr binden und benötigen eine sog. Regeneration. Der Nachteil des Verfahrens der Entsalzung mit Ionenaustauscher ist, dass die Entfernung der Natrium- und Chloridionen von der Oberfläche der Perlen sehr starke chemische Stoffe erfordert. Die in großen Mengen verwendeten starken Säuren und Laugen bedeuten eine starke Belastung für die Umwelt.

Im Laufe der Elektrodialyse wird das Meerwasser unter hohem Druck durch Schichten mit elektrischem Strom beströmt.

Die im Wasser befindlichen Ionen des Salzes binden sich an die für sie geeigneten Schichten. An die positiv geladene Schicht, der Anode, binden sich negativ geladene Chloridionen, während sich an die negative Kathode die positiv geladenen Natriumionen binden. Nach einer bestimmten Zeit kann die Oberfläche der Anode und Kathode kein Salz mehr binden, weshalb eine Reinigung notwendig wird.

Der elektrische Strom wird auch für die Reinigung der Oberfläche der Elektrodialysezelle benötigt. Im Normalfall verbinden sich Salzionen mit elektrisch geladenen Oberflächen. Wenn sie aber gereinigt werden, wird der Fluss des elektrischen Stroms umgekehrt, damit sich die Ionen von der Oberfläche der Anode und der Kathode trennen. Die entfernten Salzionen verlassen die Zelle zusammen mit dem beströmten Wasser.

Die Umkehrosmose filtert das Wasser vom Salz nicht aufgrund der Ionenstärke, sondern aufgrund des Größenunterschiedes. Während des Verfahrens wird Wasser unter hohem Druck in den Behälter gefüllt, in dem sich um ein Rohr ein mehrschichtiges, halbdurchlässiges Membransystem aus speziellem Kunststoff befindet. Der hohe Druck presst das Meerwasser durch die Membranen.

Während das Wasser durch alle Schichten durchfließt, filtern die Membranen den Salzgehalt vollkommen und das entsalzene Wasser tritt durch das Abflussrohr aus. Der von den Membranen zurückgehaltene Salzgehalt sammelt sich in einem anderen Behälter an und verlässt den Behälter in Form einer konzentrierten Salzlösung. Die Umkehrosmose ist das meistverbreitete Entsalzungsverfahren. Sie ist sogar umweltfreundlich, da sie keine gefährlichen chemischen Reagenzien benötigt.

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